第七章 过冷奥氏体转变动力学图

7.2.3 过冷奥氏体连续转变动力学图的测定
7.2.4 过冷奥氏体连续转变动力学图的应用
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7.2 过冷奥氏体连续转变动力学图
7.2.1 常见的过冷奥氏体连续转变动力学图的 基本形式
一组在终端注有数字的曲线，这是一组冷却曲线， 冷却曲线和转变终了线交点处所注的数字为这种转变 产物所占的百分比。 马氏体转变开始点Ms的水平线右侧为斜线。这是 由于珠光体、马氏体转变提高了奥氏体中的碳含量， 导致Ms点下降的结果。 任何一种钢的CCT图都在其TTT图的右下方。这 是由于奥氏体连续冷却转变是转变温度较低，孕育期 较长所致。 26 某些钢的珠光体转变或贝氏体转变可能被抑制。
第七章 过冷奥氏体转变动力学图
1
第七章 过冷奥氏体转变动力学图
7.1 过冷奥氏体等温转变动力学图 7.2 过冷奥氏体连续转变动力学图
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7.1 过冷奥氏体等温转变动力学图
• IT图（Isothermal Transformation diagram） • TTT图（Time-Temperature-Transformation curve） • C曲线 7.1.1 过冷奥氏体等温转变动力学图的基本形式 7.1.2 TTT图的测定方法 7.1.3 TTT图的影响因素 7.1.4 TTT图的基本类型 7.1.5 过冷奥氏体等温转变动力学图的应用
7.1.2 TTT图的测定方法
7.1.2.1 金相法 • 圆片状试样: 直径为10~15mm，厚度为1.0~1.5mm。 经过退火或正火处理。 (1) 热处理 • 一组试样奥氏体化后，迅速转移至给定温度(如t1)的 等温浴炉中，分别停留不同时间，随即迅速淬入盐 水中。 • 在等温过程中未转变的奥氏体在淬火时将转变为马 氏体，而等温转变的产物不变。
碳化物形成元素铬、 钼、钨、钒含量和碳 含量都不高的合金结 构钢，如18CrMn、 20CrMo、5CrMo、 35CrSi、 (c) 40CrNiMoA 等钢
P区在右贝B区在左的双鼻型 A1
A1
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7.1.4 TTT图的基本类型
含有碳化物形成元素铬、 钼、钨、钒等的高碳合 金钢，如9CrSi、 W18Cr4V等钢的C曲线 有此特征。
7.2.4.4 确定临界直径
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44
表7.1 40Cr钢在不同淬火介质中冷却后硬度和组织
冷却方式 表 层 心 部
水 淬
36HRC， 8％铁素体+15 57HRC，100％(马氏 ％珠光体+60％贝氏体 体+残余奥氏体) +17%(马氏体+残余奥氏体) 40HRC， 50％贝氏体 35HRC， 5％铁素体+40 +50％(马氏体+残余奥 ％珠光体+45％贝氏体 氏体) +10%(马氏体+残余奥氏体) < 230HB， 30％铁素 体+70％珠光体 230HB， 30％铁素体+70 ％珠光体
只呈现P区的单鼻型
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7.1.4 TTT图的基本类型
除有碳化物析出外， 无任何其它相变。奥 氏体钢如 4Crl4Nil4W2Mo等
无图
7.1.5 过冷奥氏体等温转变动力学图的应用
7.1.5.1 确定淬火临界冷却速度和选择淬火介质
7.1.5.3 正确制定热处理工艺规程
e
8
7.1.2 TTT图的测定方法
7.1.2.3 磁性法 • 奥氏体为顺磁性； • 铁素体(在A2以下)、贝氏体和马氏体等均为铁磁性； • 不能测出过共析钢的先共析渗碳体的析出线和亚共析 钢珠光体转变的开始线 。 渗碳体的居里点A0为200℃
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A1 A B D E Ms Mf 时间lgτ/s
珠光体转变和贝氏体转变应有各自的一组C形曲线
7.2.4.1 确定临界冷却速度
Vc上临界冷却速度：全部过 冷到马氏体区的最小冷速 Vc1下临界冷却速度：全部分解 而不发生马氏体转变的最大冷 却速度
V´c V´c1
Vc A1 t m Vc 1.5 1.5t m
39
7.2.4 过冷奥氏体连续转变动力学图的应用
7.2.4.2 选择淬火介质
奥氏体晶粒大小对贝氏体转变速度的影响较小。
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7.1 过冷奥氏体等温转变动力学图
7.1.3 TTT图的影响因素
7.1.3.4 塑性形变的影响
对奥氏体进行塑性形变，将加速珠光体的转变， 使珠光体C曲线左移。 奥氏体的塑性形变对贝氏体转变的影响则不完全 相同，表现为高温塑性形变对之有减缓作用，而低温
塑性形变对之有加速作用。
800 700 600 A 500
温度/℃
30 A+F 7 2 70 5 10 A+B
40 40 A+F+P 60 60
Ac3 Ac1
200HV
400 300
Ms A+M
2
3
75
85 75
200 100 58 0 0.5 1 10 53 52 34 102 时间/s 230 HV 220HV 28 27HRC 103 104 105
• 若CCT图的鼻子处孕育期为 2 s时，直径 25 mm 的圆柱零件水淬可淬硬； • 为5~10 s时，则油淬可淬硬； • 大于100 s时，在空气中即可淬硬。
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7.2.4 过冷奥氏体连续转变动力学图的应用
7.2.4.3 预测热处理后零件的组织及性能
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7.2.4 过冷奥氏体连续转变动力学图的应用
3
7.1 过冷奥氏体等温转变动力学图
7.1.1 过冷奥氏体等温转变动力学图的基本形式
1. 高温区: 珠光体 索氏体 托氏体（屈氏体）
2. 低温区:马氏体 3. 中温区:贝氏体 上贝氏体转变区 下贝氏体转变区
图7.1 共析钢（0.79%C, 0.76%Mn）钢 的过冷奥氏体等温转变动力学图
4
7.1 过冷奥氏体等温转变动力学图
7.2.4 过冷奥氏体连续转变动力学图的应用
7.2.4.1 确定临界冷却速度
7.2.4.2 选择淬火介质
7.2.4.3 预测热处理后零件的组织及性能 7.2.4.4 确定临界直径
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7.2.4 过冷奥氏体连续转变动力学图的应用
7.2.4.1 确定临界冷却速度 7.2.4 过冷奥氏体连续转 变动力学图的应用
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温度/℃
C
F
G
7.1 过冷奥氏体等温转变动力学图
7.1.3 TTT图的影响因素
7.1.3.1 碳的影响 • 亚共析碳钢的C曲线随着碳含量的增加向右移；过共析碳钢 的C曲线，随着碳含量的增加向左移。故在碳钢中以共析钢 的过冷奥氏体最为稳定，亦即其C曲线处于最右的位置。 • 亚共析钢和过共析钢分别多了一条先共析铁素体或先共析 渗碳体的析出线。
7.1.3.2 合金元素的影响
• 钴和铝使C曲线左移，其他合金元素使C曲线右移 。 • 碳化物形成元素如果因加热温度低未溶入奥氏体，则由于 存在未溶的碳化物，往往会起非自发晶核作用，从而促进 过冷奥氏体的非马氏体转变，使C曲线左移。 11
7.1 过冷奥氏体等温转变动力学图
7.1.3 TTT图的影响因素
7.1.3.3 奥氏体化条件的影响
如果加热温度高或保温时间长，奥氏体晶粒越粗 大，成分越均匀，则奥氏体转变的形核率就越低，即 过冷奥氏体的稳定性越大，使C曲线越趋右移。 如果加热温度偏低，保温时间不足，将获得成分 不均匀的细晶粒奥氏体，甚至有较多量未溶解的第二 相存在，结果将促进过冷奥氏体的分解，使C曲线左 移。
5
7.1 过冷奥氏体等温转变动力学图
7.1.2 TTT图的测定方法
7.1.2.1 金相法 (2) 以出现1％转变产物的等温时间τ1作为t1的转变开始 点，以得到98％转变产物的等温时间t1′作为t1的转 变终了点。 (3) 重复(1)和(2)若干次，找出t2 、 t3 、 t4……tn的开始 点t2 、 t3 、 t4 、tn和终了点t2′、t3′、 t4′…… τn′。 (4) 在温度-时间坐标系中，将各个温度下转变的开始 点连接在一起、各个温度下转变的终了点连接在一 起，就可以得到TTT图的C形曲线 。
7.1.5.2 分析转变产物及性能
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800 700 600 tm 500 400 300 200 100 τm Ms Mf Vc
A1
800 700 600 500 400 300 200 100 4
温度/℃
温度/℃
M
时间lgτ/s
时间
图7.9确定等温 图7.8确定淬火临界冷速 确定淬火临界冷却速度和选择淬火介质 1-普通退火； 选择淬火介质 22 3-等温淬火；
A1
800 700 600 500 400 300 200 100 4 时间lgτ/s Ms 3
A1
A
A
温度/℃
Ms
Mf c
2
1
温度/℃
塑性变形
时间lgτ/s
时间
图7.9确定等温或分级温度 图7.9 确定等温或分级温度 定淬火临界冷速 图7.10选择塑性 1-普通退火；2-等温退火； 择淬火介质 1-普通退火；2-等温退火；3-等温淬火；4-分级淬火 形变热处 3-等温淬火；4-分级淬火。
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7.2 过冷奥氏体连续转变动力学图
7.2.2 改型CCT图
• 以温度为纵坐标，以棒材直径(代替时间)为横坐 标。横坐标有三种分度，分别为空气冷却、油冷 却和水冷却时的圆棒直径。
• 附有相应的棒材直径与硬度(有时为回火后的硬度) 的关系曲线 。
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30
31
7.2 过冷奥氏体连续转变动力学图
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7.1.2.1 金相法
100
形变量/%
t3
t2 t4
t1
0 (a)
温度/℃
τ2 τ3 τ3′ τ4 Ms
τ1 τ2′
τ1′
t1 t2 t3
τ4′
t4
时间/s (b)
7
7.1.2 TTT图的测定方法
7.1.2.2 膨胀法 • 圆柱形小试样（直径为3~5mm，长10~50mm）
膨胀量/%
a b c d 时间/s
P区在左B区在右的双鼻型
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7.1.4 TTT图的基本类型
低碳、中碳和高含量 的钼、钨、铬、镍、 锰等的合金钢，如 18Cr2Ni4WA、 18Cr2Ni4MoA、 25Cr2Ni4WA、 35Cr2Ni4MoA等
只呈现B转变区的单鼻型
18
7.1.4 TTT图的基本类型
中碳高铬钢和高碳高铬 钢如3Cr13、4Cr13、 3Cr13Si、 Cr12等
图7.13 端淬试验示意图
34
图7.14 端淬法绘制CCT图
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7.2.3 过冷奥氏体连续转变动力学图的测定
7.2.3.2 金相硬度法 • 金相硬度法的思路是通过加工一组尺寸不同的试 样套，使奥氏体化的试样冷却时得到一组恒定的 冷却速度。这组试样套的高度和内孔相同，而外 径各不相同。 • 将一组高度和外径与套的高度和内孔相同的试样 嵌入套中，进行奥氏体化，然后冷却。
• 如果冷却介质分别采用喷水、吹风及静止空气， 则可以得到由高速至低速的各种冷却速度。经一 定时间冷却后淬入盐水中，自套中取出试样观察 组织并测定硬度 。
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7.2.3 过冷奥氏体连续转变动力学图的测定
7.2.3.3 膨胀法
• 采用真空感应加热方法加热试样，程序控制冷却 速度，在800~500℃范围内平均冷却速度可从 100000 ℃/min变化到1℃/min。从不同冷却速度的 膨胀曲线上可确定出转变开始点(转变量为1％)， 各种中间转变量点和转变终了点(转变量为99％)所 对应的温度和时间。 • 将数据记录在温度-时间（对数）坐标系中，连接 相应的点，便得到CCT图。 • 为了提高测量精度，常用金相法或热分析法进行 37 定点校对。
13
7.1.4 TTT图的基本类型
(a)
(b)
(c)
A1
A1
A1
(d)
(e)
(f)
14
7.1.4 TTT图的基本类型
碳钢和含非(或弱) 碳化物形成元素的 低合金结构钢，如 65Mn、40Ni3、 60Si等
(a)
(b
P和B区部分重叠的单鼻型 A1
A1
15
7.1.4 TTT图的基本类型
(a)
(b)
7.2.3 过冷奥氏体连续转变动力学图的测定
7.2.3.1 端淬法
7.2.3.2 金相硬度法
7.2.3.3 膨胀法
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7.2.3 过冷奥氏体连续转变动力学图的测定
7.2.3.1 端淬法
(1) 测定各部位的冷却曲线。
(2) 取一组端淬试样，在温度和时间恒定的条件下奥氏 体化后立即进行喷水端淬。每个试样喷水时间各异。 (3) 观察各试样距水冷端同一位置的金相组织，并测定 硬度。从而测出某一冷却速度（位置）的转变开始点 和转变终了点，同时测出各种转变产物的体积分数和 硬度。 (4) 将各冷却速度下的转变开始点、终了点、各种转变 产物的体积分数及硬度绘入坐标系，连接成线即得到 33 CCT图。
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A1
A3 A1 γ→P
温度/℃
塑性变形
γ→B Ms 3 2 1 时间lgτ/s
时间lgτ/s
等温或分级温度 图7.10选择塑性形变温度制定 火；2-等温退火； 图7.10 选择塑性变形温度制度 形变热处理工艺 制定形变热处理工艺 火；4-分级淬火。
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7.2 过冷奥氏体连续转变动力学图
7.2.1 常见的过冷奥氏体连续转变动力学图的基本形式 7.2.2 改型CCT图